2020高考量子力學與科學家的知識點

　　2020年高考即將開戰(zhàn)，你準備好了嗎？對于高中物理成績不好的同學來說，熟悉復習資料的積累要隨時整理。高考網(wǎng)小編為各位考生整理了一些高考物理必備的知識點，供大家參考閱讀！

　　為何會有量子力學？

　　為什么人們要研究量子力學呢？量子力學能夠解決什么問題？

　　量子力學是描述微觀物質(zhì)的理論，與相對論一起被認為是現(xiàn)代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎所進行的。

　　19世紀末，經(jīng)典力學和經(jīng)典電動力學在描述高速、微觀領域時的不足越來越明顯。人們認識到經(jīng)典力學的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。19世紀末到20世紀初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，超出宏觀的日常生活經(jīng)驗的領域，發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，而且具有波動性，它們的運動規(guī)律難以用經(jīng)典力學描述。

　　量子力學概述

　　量子力學是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學分支，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎理論它與相對論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現(xiàn)代物理學的基礎理論之一，而且在化學等學科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應用。

　　19世紀末，人們發(fā)現(xiàn)舊有的經(jīng)典理論無法解釋微觀系統(tǒng)，于是經(jīng)由物理學家的努力，在20世紀初創(chuàng)立量子力學，解釋了這些現(xiàn)象。量子力學從根本上改變?nèi)祟悓ξ镔|(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內(nèi)描述（量子場論）。

　　量子力學可以算作是被驗證的最嚴密的物理理論之一了。至今為止，所有的實驗數(shù)據(jù)均無法推翻量子力學。大多數(shù)物理學家認為，它“幾乎”在所有情況下，正確地描寫能量和物質(zhì)的物理性質(zhì)。雖然如此，量子力學中，依然存在著概念上的弱點和缺陷，除上述的萬有引力的量子理論的缺乏外，至今為止對量子力學的解釋存在著爭議。

　　量子力學的創(chuàng)立者們

　　量子力學是在20世紀初由馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛定諤、沃爾夫?qū)?middot;泡利、路易·德布羅意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克、阿爾伯特·愛因斯坦、康普頓等一大批物理學家共同創(chuàng)立的。

　　量子力學的發(fā)展革命性地改變了人們對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及其相互作用的認識。量子力學得以解釋許多現(xiàn)象和預言新的、無法直接想象出來的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象后來也被非常精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力學的框架內(nèi)描寫（量子場論）。

　　普朗克與量子力學

　　1900年，普朗克提出輻射量子假說，假定電磁場和物質(zhì)交換能量是以間斷的形式（能量子）實現(xiàn)的，能量子的大小同輻射頻率成正比，比例常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，從而得出普朗克公式，正確地給出了黑體輻射能量分布。

　　愛因斯坦與量子力學

　　1905年，愛因斯坦引進光量子（光子）的概念，并給出了光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關系，成功地解釋了光電效應。

　　其后，他又提出固體的振動能量也是量子化的，從而解釋了低溫下固體比熱問題。

　　玻爾與量子力學

　　1913年，玻爾在盧瑟福原有核原子模型的基礎上建立起原子的量子理論，即玻爾能級模型。

　　按照這個理論，原子中的電子只能在分立的軌道上運動，在軌道上運動時候電子既不吸收能量，也不放出能量。原子具有確定的能量，它所處的這種狀態(tài)叫“定態(tài)”，而且原子只有從一個定態(tài)到另一個定態(tài)，才能吸收或輻射能量。這個理論雖然有許多成功之處，對于進一步解釋實驗現(xiàn)象還有許多困難。

　　德布羅意波的波長計算

　　德布羅意波的統(tǒng)計解釋粒子在某處鄰近出現(xiàn)的概率與該處波的強度成正比。

　　公式表示為：λ=h/p （h：普朗克常量；p：動量； λ：波長）

　　德布羅意與量子力學

　　在人們認識到光具有波動和微粒的二象性之后，為了解釋一些經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象，法國物理學家德布羅意于1923年提出了物質(zhì)波這一概念。

　　德布羅意認為一切微觀粒子均伴隨著一個波，這就是所謂的德布羅意波。由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵循的運動規(guī)律就不同于宏觀物體的運動規(guī)律，描述微觀粒子運動規(guī)律的量子力學也就不同于描述宏觀物體運動規(guī)律的經(jīng)典力學。當粒子的大小由微觀過渡到宏觀時，它所遵循的規(guī)律也由量子力學過渡到經(jīng)典力學。

　　可以說，德布羅意建立了量子力學與經(jīng)典力學的一座橋梁。

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